poniedziałek, 12 kwietnia 2021

Laboratorium zaawansowanej elektroniki i automatyki 20

 Laboratorium zaawansowanej elektroniki i automatyki 20

Aktualne cytaty z archiwalnego „Sensory Interfejsy i zastosowania”:
”Detektory podczerwieni znajdują liczne zastosowania cywilne i militarne. Zakres podczerwieni to umownie niewidzialne ludzkim okiem fale elektromagnetyczne długości od 0.75 um do 1000 um. Zakres IR z jednej strony sięga czerwonemu światłu widzialnemu a z drugiej mikrofalom. W zakresie podczerwieni pracują noktowizory, pirometry, dalmierze laserowe, kamery na satelitach, spektrometry IR, laserowe diody nadawcze do światłowodów telekomunikacyjnych, diody LED w pilotach RTV.   
Konieczne jest użycie do detektorów IR innych materiałów półprzewodnikowych niż krzem i german. Odkryty w 1945 roku siarczek ołowiu PbS ma maksimum czułości przy długości fal promieniowania w zakresie 1-3.5 um. Można z niego wykonać tylko fotoopornik. Z racji marnych własności został w wymagających dziedzinach dość szybko porzucony w zastosowaniach. Znacznie lepszy jest  InSb odkryty w 1955 roku pracujący w zakresie 1-5.5 um. Dla wysokiej czułości detektor IR powinien był schłodzony. Najlepszym materiałem półprzewodnikowym dla IR jest odkryty w 1958 roku HgCdTe. Zależnie od składu może pracować w zakresie podczerwieni 1-15 um. Oczywiście detektor musi być chłodzony. HgCdTe jest materiałem wybitnie trudnym technologicznie w procesach stosowanych w produkcji półprzewodników IR czyli fotodiod i ich scalonych matryc. Udaje się jednostkowo wyprodukować  macierz fotodiod ale jest ich trzy rzędy wielkości mniej niż w krzemowych układach CCD.    
Prymitywne naprowadzane na podczerwień rakiety przeciwlotnicze Niemcy opracowali już pod koniec II Wojny. Początkowo rakiety były bardzo mało skuteczne. Wysoką celność uzyskały dopiero rakiety z mechanicznym ( IR seeker )  skanerem stożkowym ConScan. Drugie lustro małego teleskopu reflektorowego Cassegraina jest lekko spiczaste i napędzane wiruje. Z prostego układu pracującego z IR detektorem uzyskuje się sygnał zmodulowany częstotliwościowo FM służący prostemu komputerkowi analogowemu do wypracowania sygnałów nawigacyjnych kierujących lotem rakiety na cel emitujący promieniowanie podczerwone.  Liczne modyfikacje tego rozwiązania mają na celu uniemożliwienie ogłupienia systemu flarami wypuszczanymi przez broniący się samolot. Obecnie trwają w USA prace nad zastosowaniem scalonej macierzy fotodiod wykonanych z HgCdTe, która zastąpiłaby skanowanie mechaniczne. Sensor podczerwieni rakiety musi być schłodzony. Przed użyciem rakiety rozpręża się ciekły azot który ma temperaturę do 77 K. Alternatywnie można zastosować do schłodzenia detektora IR ogniwo Peltiera ale jest ono znacznie mniej skuteczne. Zastosowanie detektorów na głębszą podczerwień pozwala cel namierzyć z większej odległości. Gorące gazy spalinowe z silników odrzutowych samolotu i gorące elementy samolotu są dobrze widzialne w podczerwieni.
Rakiety naprowadzane na podczerwień stanowiły 80% produkcji rakiet przeciwlotniczych. Rakiet z własnym radarem służącym do nawigacji na cel jest cztery razy mniej.      

„Image Intensifier” czyli wzmacniacz obrazu to przyrząd elekronowo-optyczny. Zogniskowany na jego fotokatodzie obraz sceny zostaje silnie wzmocniony ( do 50 000 razy ) na ekranie luminescencyjnym umieszczonym przed okiem obserwatora. O czułości widmowej decyduje użyty materiał fotokatody. Philips stosuje materiał S25 obejmujący promieniowanie widzialne i najbliższą podczerwień do 900 nm. Jako luminofor z reguły używany jest materiał P20 emitujący zielone światło w pobliżu maksimum czułości oka ludzkiego.
Producenci oferują zarówno kompletny moduł ze wzmacniaczem obrazu do wbudowania w urządzenie noktowizyjne jak i samą lampę wzmacniacza. Moduł akceptuje zasilanie baterią pobierając 50-100 mW mocy. Moduł waży około 500 gram a sama lampa około 50 gram. Lampa Image intensifier typu XX1390 koncernu Philips wymaga zasilania napięciem MCP150-900V (napięcie zazwyczaj 500-750V wytwarza układ Automatycznej Regulacji Wzmocnienia ) regulującym wzmocnienie i napięciem przyśpieszającym do 6KV dla ekranu. Układ elektroniczny modułu składa się z przetworniczki HV i systemu ARW.
Przy typowym nocnym oświetleniu o natężeniu 100 ulux trwałość katody wynosi 1000 godzin. Przy dużych wzmocnieniach sygnał jest zaszumiony. Żołnierz ciemną nocą doskonale widzi pole walki.
Sama lampa Image Intensifier nie jest droga. Są produkowane odmiany do współpracy ze światłowodami.  Technologicznie – produkcyjnie Wzmacniacz Obrazu jest podobny do fotopowielacza.
Zwraca uwagę na to że sprawny, zasilany bateryjnie zasilacz wysokiego napięcia jest ważny w urządzeniu z licznikiem Geigera Millera, fotopowielaczem, Wzmacniaczem Obrazu i w ręcznej kamerze z mini–kineskopem dla filmującego operatora. Pobór mocy przez licznik GM, fotopowielacz i Wzmacniacz Obrazu zależy od strumienia światła. Przy zerowym strumieniu pobór
Czynione są próby zastosowania sensorów piroelektrycznych w spektrometrach i innych przyrządach. Sensory piroelektryczne stosowane są na satelitach oraz laboratoryjnych miernikach promieniowania czyli radiometrach. Sensor piroelektryczny może służyć do monitorowania lub odbierania promieniowania jest zerowy.  Budowa przetworniczek małej mocy i wysokiego napięcia nie jest prosta mimo iż elementów składowych  jest niewiele. Podwyższonego napięcia zasilania wymaga dioda lawinowa. Wysokie napięcie HV zasila lampę oscyloskopu. Zasilacz sporej mocy zasila kineskop kolorowy. Zasilacz dużej mocy zasila lampy rentgenowskie X.  
Zasilaczy wysokiego napięcia używa się także w  sprzęcie kontrolno - pomiarowym. W popularnym mierniku izolacji używane jest napięcie stałe 500-1000Vdc.

We wszystkich kryształach spolaryzowanych występuje efekt piroelektryczny. Pod wpływem zmian temperatury kryształ piroelektryczny generuje ładunek elektryczny i duże napięcie. Im kryształ jest lepszym dielektrykiem tym dłużej utrzymuje się ładunek.  Z efektem piroelektrycznym związany jest efekt ferroelektryczny i piezoelektryczny. Wszystkie piroelektryki są piezoelektrykami. W czwartym wieku p.n.e. w Grecji wiedziano ze podgrzany turmalin (  minerały należące do grupy krzemianów ) przyciąga źdźbła trawy i pyłki. Efekt piroelektryczny powtórnie odkryto w XVIII wieku  i zbadano w XIX wieku.
Komercyjne sensory piroelektryczne z reguły zbudowane są dla kompensacji zakłóceń z dwóch anty-szeregowo połączonych komórek piroelektrycznych m.in. dla kompensacji temperaturowo zmiennej rezystancji. Taki zespół może być obciążony gigaomową rezystancją i zbuforowany wewnętrznym  tranzystorem JFet jako wtórnikiem  źródłowym. NB. Identyczny wtórnik na tranzystorze JFet ma mikrofon elektretowy. Produkowane są tranzystory JFET o małej powierzchni i bardzo małym prądzie bramki. W temperaturze pokojowej typowy prąd bramki może wynosić 0.1 pA.
 Sensory często umieszczane są w metalowej obudowie podobnej do tranzystorowej obudowy TO5 ale z okienkiem filtru  zapewniającym czułość w pożądanym zakresie podczerwieni
Szerokie zastosowanie sensory piroelektryczne znajdują w alarmowych czujkach ruchu człowieka ( promieniowanie podczerwone ciepłego człowieka ) i czujkach pożarowych. Sygnał z sensora jest podany do dwustopniowego różniczkującego wzmacniacza i dalej do komparatora okienkowego i przerzutnika Alarmu. Znanych jest przynajmniej kilkanaście schematów czujek.”

Dużą popularność zdobył w czujnikach podczerwieni masowo produkowany sensor D203S i jego ekwiwalenty. Przy okazji warto zauważyć że nawet pozornie egzotyczne i skomplikowane układy produkowane masowo mogą być tanie.

W tabeli jest błąd. Napięcie szumów omyłkowo podano w mV zamiast w uV.
Producent proponuje od niego prosty układ współpracujący. Sygnał z sensora jest wzmocniony circa 73 dB  wzmacniaczami - filtrami środkowoprzepustowymi o częstotliwości środkowej circa 1.5 Hz na dwóch wzmacniaczach operacyjnych i podany do komparatora okienkowego na dwóch wzmacniaczach operacyjnych i dalej do tranzystora operującego wykonawczym przekaźnikiem. Dla pełnej użyteczności brakuje tu jednak układu logiczno - czasowego. Systemy takie wykonywano na scalonych układach 'czasowych 555 lub lepszy na  CD4528.
System taki scalono w technologi CMOS w układzie BIS0001 dodając układ blokady z fotoopornikiem bowiem przy świetle czujnik na przykład załączający oświetlenie ma nie działać a czuły sensor podczerwieni nie działa już poprawnie. 

 Dawniej w profesjonalnych i drogich układach mikrofalowych królowały różne specjalne diody. Philips niedrogie, popularne tranzystory BFR91(A) wypuścił już w pierwszej połowie lat siedemdziesiątych. „Stareńka” obecnie technologia o rozdzielczości 1 um umożliwia tanie produkowanie tranzystorów bipolarnych o Ft około 8 GHz. Ich cena wynika ze skali produkcji i może przy masowości niewiele odbiegać od zwykłych tranzystorków. Częstotliwość scalonych tranzystorów N przekracza  obecnie  200 GHz co umożliwia nie tylko niedrogie scalenie modemu 5G na pierwszy zakres radiowy poniżej 6 GHz ale też  i na drugi zakres mikrofalowy. Jak dotychczas praktycznie użyto na drugim zakresie częstotliwości 26 i 39 GHz. W tym zakresie dobry dwukierunkowy zasięg ogranicza się do trochę ponad 100 metrów czyli objętości dużego obiektu handlowego gdzie smartfon konkretnego kupującego można zaatakować serią specjalnie dla niego skomponowanych „inteligentnych” ofert.  

W zmodyfikowanym w stosunku do układu BIS001  układzie RWCL9196 funkcje na pinie 1- Mode zamieniono na wyjście stabilnego stabilizatora 3.3V zasilającego tranzystorowy mikrofalowy generator pracujący na częstotliwości ponad 3 GHz. Zmiana tłumienia obwodu rezonansowego generatora ludzkim ciałem lub innym przedmiotem odrobinę zmienia pobierany przez niego prąd i sygnał może zastąpić sygnał z sensora podczerwieni PIR na małe odległości. 
Schemat generatora na zrekonstruowanym schemacie jest błędny. Dla zakresu DC jest poprawny ale nie dla zakresu mikrofalowego. Pojawiły się absurdalne spekulacje że jest to radar Dopplerowski i tym podobne. Oscylator co do zasady działa bardzo podobnie jak generator pętli indukcyjnej w drodze przy wykorzystaniu zmian napięcia generowanego skutkiem wnoszonego  tłumienia przez prądy wirowe w samochodzie.

Automatyzacje stosuje się aby oszczędzić na drogiej pracy ludzkiej lub eliminować ją gdy jest uciążliwa i niebezpieczna.
W hutnictwie mechanizacje i automatyzacje zastosowano dość szybko. Moc regulowanych potężnych napędów DC walcarek już sto lat temu przekroczyła 10 MW. Rewolucją w technologi stali i automatyzacji był Ciągły Odlew Stali. Według Światowej Organizacji Stali huty odpowiadają za 7-9 % światowej emisji CO2 i w dobie nacisków na zmniejszenie emisji sektor te na pewno dozna wielu zmian. Nie będzie to proste bowiem technologia jest już rozwinięta i dojrzała. Warto zauważyć że zużyta – złomowa  stal od dawna jest poddawana recyklingowi dzięki czemu nowej pierwotnej stali produkowanej w wielkich piecach z rudy żelaza nie potrzeba już dużo. Oczywiście Chiny kiedyś ograniczą swoją gigantyczną produkcje stali pierwotnej z rudy.

W elektronice i automatyce komputery do symulacji i projektowani używane są od dawna. Wydajne komputery są doskonałym narzędziem do modelowania i symulacji w  biologi molekularnej, medycynie, fizyce jądrowej, astrofizyce, chemii kwantowej,  inżynierii materiałowej, meteorologii, klimatologii, sejsmologii i kryptografii.

Automatykę stosuje się w produkcje ale także w destrukcji.
Gdy grunty były tanie nieużywane budynki i budowle po prostu porzucano aby destrukcją zająła się natura.
Cena gruntu w miastach bardzo wzrosła w ciągu minionych dekadach. O ile w latach trzydziestych cena gruntu w Wielkiej Brytanii stanowiła przeciętnie 2% ceny nieruchomości to obecnie wynosi aż patologiczne 70% a w Londynie jeszcze więcej ! To ceny gruntu pompują w świecie ceny nieruchomości w atrakcyjnych miastach. W Warszawie cena gruntu już stanowi circa 20% wartości nieruchomości i udział gruntu dalej wzrasta. W szczycie szału spekulacji w 1989 roku metr kwadratowy gruntu w centrum Tokio kosztował ćwierć miliona ówczesnych dolarów !
Często starą nieruchomość kupuje się po to aby ja szybko zburzyć i szybko wybudować na odzyskanym gruncie na przykład wysokościowiec. Władze miasta za zamykanie ulic każą sobie słono płacić. Wykluczone są długotrwałe kurzące i hałaśliwe prace. W ofercie japońskiego Komatsu są inteligentne hydrauliczne koparki gąsienicowe wyburzeniowe i  hybrydowe. Najcięższy katalogowy model ma masę eksploatacyjną  55-66.4 tony. Do pracy wyburzeniowej koparka ma potężne szczęki do miażdżenia / cięcia  lub wydajny „młot” z bardzo twardą końcówką. Maszyna sięga aż do wysokości  29 metrów. Rzecz jasna kontroler musi czuwać nad płynnym i precyzyjnym sterowaniem i  stabilnością tego kolosa. Maszyna ma jako sensory akcelerometry i odbiornik GPS. System szybkiej wymiany osprzętu pozwala przekształcić konfigurację do prac wyburzeniowych na dużych wysokościach w mocno „standardową” koparkę w czasie krótszym niż 1 godzina.
Dźwigi systemy zabezpieczające przed utratą stabilności mają od dawna. Katastrofalny upadek dźwigu może być bardzo kosztowny. Informacji o sile podnoszenia czyli masie ładunku  dostarcza mostek tensometryczny i można o niej wnioskować też z prądu silnika napędu podnoszenia. Podnoszenie ładunku zostanie zablokowane gdy przekroczona zostanie określona siła. Może ona wynikać z zaprogramowanych granic obsługiwanego obszaru. Zablokowane będzie też wyjście z podniesionym ładunkiem poza obszar stabilności z odpowiednim marginesem.

Programy komputerowe pozwalają zaplanować burzenie z użyciem materiałów wybuchowych tak aby obiekt runął w pożądany sposób. Sprawa jednak wcale nie jest prosta. Jeśli użyto betonu sprężonego to dodatkowo naprężone wybuchem liny stalowe zbrojenia pękają i fragmenty poruszając się z wielką prędkością stwarzają makabryczne zagrożenie. Wybuch burzący można zastosować tylko na pustkowiu a w mieście koparka wyburzeniowa musi dopiero skruszyć beton naprężonych elementów.
Burzony koparką obiekt przy upadku na ziemie wyzwala duża ilość szkodliwego dla człowieka kurzu i obszar gdzie spada gruz jest polewany przez zdalnie sterowaną dysze.  W nowych rozwiązaniach wyburzeń wybuchowych obiekt otacza się  jednorazowego użytku plastikowymi basenami z wodą, które w dnie mają odpowiednio ukształtowany materiał wybuchowy z zapalnikiem elektrycznym. Razem z głównym wybuchem lub chwile po nim  woda wyrzucona z basenów na wysokość kilkunastu metrów zwilża kurz i szybko on opada na Ziemie jako błoto.
Opóźniona eksplozja wodnej kurtyny jest skuteczniejsza w stłumieniu tworzącej się fali kurzu ale trzeba pamiętać o możliwości uszkodzenia przewodów elektrycznych do zapalników w czasie głównego burzącego wybuchu. 
Wieżowców buduje się w świecie dużo a najwyższy wysokościowiec wyburzony wybuchowo miał niepełne 135 metrów. Zatem trzeba będzie wysokościowce prędzej czy później burzyć. Koncerny i firmy które wymyślą odpowiednie sposoby i wyprodukują maszyny znów sporo zarobią.

Mechanizacja i automatyzacja to elementy procesu modernizacji, których celem jest podniesienie produktywności pracy.  Obecnie bogactwo krajów w niewielkim stopniu zależy od posiadanych surowców (od ropy i gazu jednak zależy), które z perspektywy historycznej są obecnie tanie. Więcej zależy od ich sposobu i głębokości przetwarzania. Na wykresie pokazano ile euro PKB powstaje z każdego kilograma zużytych przez gospodarkę surowców - metali, surowców niemetalicznych, paliw i biomasy. Siła rzeczy gospodarki oparte o prymitywniejsze paliwa jak węgiel ( zwłaszcza brunatny ) mają gorszy punkt wyjścia do wskaźnika niż te oparte o gaz ziemny, ropę naftową i energię jądrowa.

Proces modernizacji jest ciągły i światowa pozycja nie jest dana raz na zawsze. Organa Unii Europejskiej i firmy europejskie, szczególnie koncerny samochodowe,  bardzo chcą aby udział Europy w światowej produkcji baterii do aut może wzrósł z obecnych 7 % do 31 % w 2030 roku.
Opóźnienie Europy jest w bateriach litowo – jonowych  najświeższej daty. Europejskim firmom trudno będzie  dogonić utwierdzonych na swoich pozycjach potężnych graczy jak chiński CATL, japoński Panasonic i koreański LG Energy. Mocna w bateriach jest też od lat Toyota a Samsung chce dołączyć do wielkich producentów. Firmy te całymi latami prowadziły prace podstawowe i doskonaliły technologie. Mają też zaplecze surowcowe. Największy w swiecie producenct CATL w ciągu 4 najbliższych lat wyda 78 mld juanów aby powiększyć roczną zdolność produkcyjną o 230 GWh pojemności wyprodukowanych ogniw. Koncerny często oskarżają się o wynoszenie kluczowych informacji. Smiało poczynający sobie Northvolt jest  założony przez jednego z byłych dyrektorów ... Tesli. Azjatyckie firmy lokują swoje inwestycje w Europie aby tutejsi pracownicy budowali ich zysk i przyszłość.

 
Sprawdzenie.
Słabą stroną współczesnych procesorów jest system pamięci cache, których pojemność stale rośnie okupując większą część tranzystorów procesora. Działa on dobrze przy sekwencyjnym dostępie do danych w pamięci ale przy przypadkowym dostępie do danych na przykład z dużej tablicy kompletnie zawodzi. Agner Fog dał przykład trywialnej transpozycji macierzy gdy przy rozmiarze kwadratowej tablicy będącym potęgą liczby dwa ( a wydaje się że są to liczby przyjazne procesorom ! ) dochodzi jeszcze w pamięci cache  kongestia czyli walka o zasoby.

const int SIZE = 64; // number of rows/columns in matrix
void transpose(double a[SIZE][SIZE]) { // function to transpose matrix
// define a macro to swap two array elements:
#define swapd(x,y) {temp=x; x=y; y=temp;}
int r, c; double temp;
for (r = 1; r < SIZE; r++) { // loop through rows
 for (c = 0; c < r; c++) { // loop columns below diagonal
  swapd(a[r][c], a[c][r]); // swap elements
  }
 }
}
void test () {
alignas(64) // align by cache line size
double matrix[SIZE][SIZE]; // define matrix
transpose(matrix); // call transpose function
}
 W tablicy podano ilość cykli ( pomiar należy wykonać instrukcją RDTSC ) na jedną wymianę elementów w macierzy dla procesora Pentium 4 z czterodrożną pamięcią cache o pojemności 8192 bajty zorganizowaną w 128 linie o pojemności 64 bajtów każda, poziomu Level-1.

Dla kogoś nieobeznanego z pamięcią cache dane te muszą przerażać tym bardziej że P4 teoretycznie wykonuje 3 instrukcje na cykl zegarowy. Procesory Pentium 4 już odchodzą i na użytym komputerze należy sporządzić taką tablice dla kolejnych większych rozmiarów macierzy i następnie wyjaśnić zjawisko kongestii dla rozmiarów potęgi liczby 2 dla użytego systemu pamięci cache w procesorze.


Cwiczenie
1.W układach mikrofalowych ( w automatyce radarowe dopplerowskie sensory poziomu  ) królowały kiedyś specjalne diody mikrofalowe. Niektóre one w ścisłym fizycznym sensie nie są diodami. Wszystkie one mają na charakterystyce napięciowo – prądowej wykorzystywany w pracy odcinek o ujemnej dynamicznie rezystancji. Ujemną rezystancje dynamiczną ma też popularny i tani Diac ale jest powolny.
Na diodzie Tunelowej można wykonać mikrofalowy generator małej mocy, wzmacniacz lub mieszacz.
„Dioda” Gunna nie ma złącza p-n ! Dioda z arsenku galu (GaAs) generuje z  maksymalną częstotliwością około 200 GHz. Moc generatora Gunna z wnęką rezonansową nie przekracza 300 mW a sprawność 2-4%.W modzie impulsowym sprawność jest circa 2 razy lepsza. Dioda Gunna jest nietrwała co jest jej wadą ! Diody Gunna wykonane z azotku galu (GaN) generują aż do częstotliwości 3 THz.
Mikrofalowa dioda mocy  IMPATT  ( IMPact ionization Avalanche Transit-Time ) pracuje w generatorach i wzmacniaczach w zakresie  3 -100 GHz a rzadziej wyżej. Jej zaletą jest duża moc pseudo  ciągłą sięgająca 3 kW i jeszcze większa moc impulsowa. Jej zasadniczą wadą jest bardzo duży poziom szumów fazowych wynikający z samej natury zjawiska przebicia lawinowego. Używane były i są w radarach i sensorach zbliżeniowych.
-Określ częstotliwość generacji diody Gunna ( plik PDF łącznie z aplikacją w załączniku ) w metalowej „wnęce” rezonansowej z mechaniczną regulacją częstotliwości śrubą, przystosowanej do przykręcenia do falowodu. Dla ułatwienia wymiary wnęki podano też na rysunku ale można je też mierzyć. Schemat jest stałoprądowy i wnękę pokazano tam tylko symbolicznie.
-Jak jest dobroć tego obwodu rezonansowego bez obciążenia?  

2.Od 35 lat masowo  produkowane są konwertery satelitarne do anten . Zrezygnowano z drogiej mechanicznie technologii wnęk rezonansowych i falowodów na rzecz linii paskowych na odpowiedniej płytce drukowanej.
Sygnały odbite od  anteny satelitarnej z zakresów 10,7–11,7 i 11,7–12,75 GHz są w konwerterze w superheterodynowej przemianie częstotliwości przesuwane w zakres pierwszej pośredniej częstotliwości satelitarnej 950–2150 MHz. Konwerter ma m.in. dwustopniowy wzmacniacz odebranego sygnału RF z filtrami jednocześnie dopasowującymi impedancje tranzystorów mikrofalowych, generator heterodyny,  mieszacz i wzmacniacz częstotliwości pośredniej. Częstotliwość niskoszumnej heterodyny stabilizowana była tylko rezonatorem ceramicznym sprzężonym z generatorem a w nowszych rozwiązaniach zastosowano dodatkowo syntezer częstotliwości z pętlą fazową PLL. W plikach PDF są dane wszelkich użytych elementów w konwerterze i jego schemat.
-Podaj przybliżony wzór na wymiary ceramicznego rezonatora heterodyny.
-W jakiej konfiguracji pracuje generator ?
-Dlaczego zastosowano dolne ( 9.75 GHz/10.6 GHz ) a nie górne częstotliwości heterodyny ?
-Konwerter może mieć na wyjściu sterowaną analogowo diodę laserową i dawać sygnał wyjściowy  światłowodem. Wymień liczne zalety takiego rozwiązania.
-Jaki element jest odbiornikiem sygnału optycznego ze światłowodu od konwertera ?
 
3.W opisanym układzie detektora zbliżeniowego z układem scalonym  RWCL9196 użyto tranzystorowego generatora mikrofalowego z liniami paskowymi.
-Zmierz częstotliwość pracy generatora Spectrum Analyserem
-Ustal w jakiej konfiguracji faktycznie pracuje ten generator
 
N.B. SA doskonale pokazuje pracę telefonów, smartfonów i sieci !

4.Tranzystor bipolarny przy napięciu kolektora powyżej Uceo i poniżej Ucbo liniowo stabilnie pracuje tylko w konfiguracji wspólne bazy ( obszar SOA jest jednak bardzo wąski ) a we wspólnym emiterze z powodu powielania lawinowego jest niestabilny. Jeśli więc napięcie w konfiguracji WE z opornikiem między B-E lub ujemną polaryzacją B-E przekroczy Uceo i dojdzie do Ucbo to tranzystor zacznie przewodzić i momentalnie wejdzie w przebicie lawinowe, w którym tranzystor jest znacznie szybszy niż to wynika z jego szybkości wyrażonej w częstotliwości granicznej Ft(Ic). Prąd kolektora może przy tym na moment kilkanaście razy przekroczyć nominalny prąd Ic tranzystora ale przeżyciowa ilość impulsów o czasie rzędu dziesiątek nanosekund wynosi 10E13 … 10E15 a więc w takich warunkach zwykły tranzystor jest nietrwały
 Na schemacie jest przetworniczka która z ogniwa 1.5V wytwarza napięcie 90Vdc dla zasilania generatorka z tranzystorem 2N2369 ( ma on już 53 lata ) pracującym tu z opisanym przebiciem lawinowym. Gdy mamy zasilacz przetworniczka jest zbędna. Czas narastania i opadania wygenerowanego impulsu jest około 0.3-0.35 ns.
Impuls ten widać dopiero na szerokopasmowym oscyloskopie !
Generator z lawinowo pracującym tranzystorem 2N2222A z kondensatorem 0.1 uF może dać całkiem silny impuls. Napięcie sygnału na rezystorze 15 Ohm przekracza 60 V czyli prąd przekracza 4 A a czas narastania jest około 5 ns.
  W drugiej połowie lat sześćdziesiątych wykonano na 4 równolegle połączonych nowoczesnych tranzystorach 2N3507 ( 50/80V, 3A, 400Mhz, mała obudowa TO39 ) wyzwalany generator impulsów dla diod laserowych dalmierza dający prąd szczytowy 200A przy czasie narastania <10ns. Tranzystory są wyselekcjonowane aby miały podobne parametry. Kondensatory magazynujące energie impulsu są naładowane do napięcia 200V a wiec sporo większego od katalogowego napięcia Ucbo.
-Wyjaśnij jak pracuje ten interesujący system począwszy od wejścia.
5.Po zasłonięciu okien bez zapalonego światła ( akomodacja oka po chwili dostatecznie zwiększy jego czułość ) można wygodnie obserwować zachowanie czujnika zbliżeniowego z podczerwonym sensorem będącym ekwiwalentem typu D203S. Ma on czułość w zakresie długości fal od 5.5 um do ponad 25 um.
-Dlaczego próba obserwacji oscyloskopem sygnału na wyjściu sensora podczerwieni praktycznie nic nie daje ?
-Czy zastosowanie mikrokontrolera z przetwornikiem A/D mogłoby ulepszyć taki czujnik ? Zaproponuj algorytm działania.
-Jaka jest długość maksimum fali podczerwonej emitowanej przez człowieka ?
-Jaka jest długość maksimum fali podczerwonej emitowanej przez silnik odrzutowy samolotu ?

1 komentarz:

  1. Ja na wszelki wypadek zapisuje sobie te artykuły. Są niesamowite.

    OdpowiedzUsuń